Life cycle assessment of the utilisation of excess heat in district heating systems
Authors
Gustavsen, Mathias ; Mikkelsen, Magnus Slifsgaard ; Luft Genannt Plaisier, Frederik Niklas Wilhem
Term
4. Term
Publication year
2024
Submitted on
2024-06-06
Pages
123
Abstract
Udnyttelse af overskudsvarme i fjernvarme er foreslået som en måde at mindske energisektorens miljøpåvirkning. I Danmark kan overskudsvarme potentielt dække 35–77 % af varmebehovet, men de samlede miljøeffekter er endnu ikke tilstrækkeligt belyst. Dette speciale undersøger, hvordan brugen af overskudsvarme påvirker miljøet i Aalborg Kommunes fjernvarmesystem. Overskudsvarme forstås her som varme fra andre aktiviteter, der ellers ville gå til spilde. En litteraturgennemgang viser, at forskningen især fokuserer på CO2 og andre drivhusgasser og peger på behovet for bredere miljøvurderinger samt en tydelig definition af overskudsvarme. Studiet anvender en konsekvensbaseret livscyklusvurdering (LCA), der ser på miljøeffekter gennem hele livscyklussen og på, hvordan ændringer påvirker resten af systemet. Resultaterne sættes i perspektiv med lock-in-teori, som beskriver, hvordan valg i dag kan låse fremtidige løsninger fast. Der udvikles en timebaseret LCA-model med data for både varmeforsyning og -efterspørgsel samt miljøfaktorer for hver varmekilde. Det gør det muligt at se, hvordan miljøpåvirkninger varierer over tid. Hovedresultatet er, at overskudsvarmes miljøpåvirkning er betydelig og afhænger af konteksten. Når en del af den producerende enheds miljøpåvirkninger fordeles til overskudsvarmen, kan den have både positive og negative effekter. Studiet udfordrer derfor antagelsen om, at overskudsvarme er uden miljøbelastning. Samtidig falder den relative gevinst ved overskudsvarme, når den primære varmeforsyning bliver renere. Det understreger behovet for løbende vurderinger. Samlet set giver arbejdet et mere nuanceret billede og en metode, der kan støtte mere informeret planlægning af bæredygtige fjernvarmesystemer.
Using excess heat in district heating has been proposed as a way to reduce the energy sector’s environmental impact. In Denmark, excess heat could potentially cover 35–77% of total heat demand, yet its full environmental effects are not well understood. This thesis examines how using excess heat affects the environmental performance of Aalborg Municipality’s district heating system. Here, excess heat means surplus heat from other activities that would otherwise be wasted. A review of the literature shows a predominant focus on CO2 and other greenhouse gases, and highlights the need for broader environmental assessments and a clear definition of excess heat. The study applies a consequential life cycle assessment (LCA) that considers impacts across the whole life cycle and how changes ripple through the system. The findings are interpreted using lock-in theory, which explains how today’s choices can constrain future options. An hourly LCA model was developed using hour-by-hour data on heat supply and demand and environmental factors for each heat supplier. This reveals how environmental impacts change over time. The key result is that the environmental impact of excess heat is significant and context-dependent. When a share of the producing facility’s environmental burdens is allocated to the excess heat, it can bring either benefits or drawbacks. The study therefore challenges the idea that excess heat is burden-free. It also shows that as the primary heat supply becomes cleaner, the relative benefit of excess heat declines, reinforcing the need for continuous evaluation. Overall, the research provides a more nuanced understanding and a method to support more informed planning of sustainable district heating systems.
[This summary has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords
Documents